李萬鵬+張磊

【摘要】 單脈沖雷達(dá)測角精度高，廣泛應(yīng)用在對目標(biāo)的跟蹤，但是當(dāng)單脈沖雷達(dá)對多個目標(biāo)落在同一距離分辨單元和同一波束內(nèi)時，難以對多個目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分。本文通過分析單脈沖雷達(dá)的測角原理，以及目標(biāo)響應(yīng)分析，淺析單脈沖雷達(dá)的多目標(biāo)檢測算法。

【關(guān)鍵字】 單脈沖雷達(dá) 測角 多目標(biāo)

一、單脈沖雷達(dá)概述

雷達(dá)探測的主要目標(biāo)是對目標(biāo)測距和測角，單脈沖雷達(dá)在測角方面精度較高，非常適用于目標(biāo)跟蹤，通常應(yīng)用在導(dǎo)航和制導(dǎo)等領(lǐng)域。單脈沖雷達(dá)根據(jù)測角方式的不同可以分為比幅測角和比相測角兩種類型。

1.1振幅和差式比幅測角

振幅和差式比幅測角采用的方向圖處于天線軸的兩個對邊的一對波束，其中相對于軸有奇對稱的差通道波束和偶對陳的和通道波束。可以近似認(rèn)為在一個角平面內(nèi)，雷達(dá)天線接收到兩個波束，并且兩個波束存在重疊部分。兩個波束同時接收到目標(biāo)的回波信號，兩個目標(biāo)的回波信號通過和差變換器可以輸出高頻和、差信號。和、差信號經(jīng)過混頻器降頻后得到中頻信號，利用放大器將信號放大處理，和信號可以用于觀察和測距，差信號可以用于測量角誤差，和、差信號之間的相位差可以確定目標(biāo)的偏移方向。

1.2相位和差式比相測角

相位和差式比相測角采用并列的天線或者陣列天線的不同的部位接受具有不同相位的波束，利用間距幾個波長的天線孔徑發(fā)射波速，每個天線發(fā)生一個波束，并且波束以天線軸為對稱軸。當(dāng)發(fā)射的兩個波束指向相同時，兩個波束的回波波幅也相同。當(dāng)存在一定的角誤差時，產(chǎn)生的兩個回波會具有一定的相位差，相位差是由于波程差產(chǎn)生的。采用誤差電信號作為控制信號來驅(qū)動天線驅(qū)動系統(tǒng)，可以控制天線波束的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)角度的自動跟蹤。

二、單脈沖雷達(dá)目標(biāo)響應(yīng)分析

單脈沖處理器是單脈沖雷達(dá)的關(guān)鍵部件，用來處理來自同步天線方向圖的電壓信號，并產(chǎn)生歸一化單脈沖輸出。信號的和、差分別用S、D表示。當(dāng)雷達(dá)波束內(nèi)只存在單一的目標(biāo)時，D、S兩個矢量的相位差為0o或180o。D/S只有實(shí)數(shù)部分輸出，此時

其中，θBW為天線方向圖的3dB的波束寬度，km為單脈沖雷達(dá)的誤差斜率。

雷達(dá)在跟蹤目標(biāo)時，多數(shù)情況下是跟蹤多個目標(biāo)，單脈沖處理器接收的信號來源于多個不可分辨目標(biāo)。在不可分辨目標(biāo)的情況下，差電壓D和和電壓S的比值為復(fù)數(shù)。當(dāng)目標(biāo)不可分辨時，雷達(dá)產(chǎn)生基于合成和、差信號的單一指示角，但是由于起伏和相對運(yùn)動等原因，指示角會隨著目標(biāo)相對幅度和相位的變化為抖動，造成雷達(dá)跟蹤目標(biāo)異常甚至失敗。不可分辨的目標(biāo)還會影響目標(biāo)檢測，影響目標(biāo)檢測率。

三、單脈沖雷達(dá)多目標(biāo)檢測與分辨算法

單脈沖雷達(dá)在處理多目標(biāo)檢測時，難以保證多目標(biāo)的分辨率和達(dá)到角的正確估計，采用多目標(biāo)檢測及分辨算法對回波信號進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的檢測與分辨。典型的多目標(biāo)檢測和分辨算法有矩匹配角估計角分辨算法和最大似然角分辨算法，矩匹配角估計算法的局限性在于只能實(shí)現(xiàn)兩個目標(biāo)的檢測與跟蹤，最大似然角分辨算法理論上可以估計多個目標(biāo)的到達(dá)角，但是每增加一個目標(biāo)都會提高計算量，難以滿足實(shí)時性的要求。并且兩種算法都需要目標(biāo)信噪比作為先驗信息。

基于信噪比估計的多目標(biāo)分辨算法，首先對回波信號進(jìn)行目標(biāo)檢測，判斷每個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)是來自單個目標(biāo)回波還是多個目標(biāo)合成的信號回波；然后選取其中單個目標(biāo)回波采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，聯(lián)合多次回波數(shù)據(jù)估計單給目標(biāo)信噪比；采用合成信號回波的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得兩目標(biāo)的總信噪比，結(jié)合單目標(biāo)信噪比，可以獲得另一目標(biāo)的信噪比估計值，以此類推；最后采用矩匹配算法達(dá)到目標(biāo)達(dá)到角的估計值。雷達(dá)可以通過其中單個目標(biāo)的采樣點(diǎn)來計算單目標(biāo)信噪比作為先驗信息，在結(jié)合合成信號的回波采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對多個目標(biāo)源的檢測和分辨。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李皓.基于單脈沖雷達(dá)的多目標(biāo)檢測方法與仿真[D].北京理工大學(xué)，2016.

[2]李軍.擴(kuò)展目標(biāo)的雷達(dá)檢測技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.

[3]曾永鋼，杜曉寧，王永亮，趙美丞. 單脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭多目標(biāo)檢測研究[J]. 兵器裝備工程學(xué)報，2016，05：111-114.